将虚拟化技术引入中小学机房管理

王曦辉

计算机教育在中小学中广泛展开，有效提高机房的综合应用管理水平，已经成为一个紧迫而又实际的问题。笔者从事机房管理近十年，采用多种管理策略，但大多有其局限。随着虚拟化技术的发展、多家企业的支持、节能环保的要求与硬件效能的发展，虚拟化技术已经步入成熟期，在很多领域内虚拟化技术已经得到应用，取得满意效果，但在中小学的机房管理、使用中却很少被应用，这为虚拟化技术应用引入中小学机房管理带来契机。

一、机房管理中存在的问题

1.机房设备管理方面

（1）机房管理老师的日常维护工作量很大。

当前计算机实验室的应用涉及多个班级的多门课程，每个课程都需要不同的计算机操作系统和各类相应的应用软件，而计算机操作系统网络同传的时间长达一个小时，其后的计算名称和ip地址的设置需要大约一个，大量的时间被浪费，使得机房使用率下降，加上其他不确定因素的影响，使得同传与部署的时间往往更长，维护人员经常从事重复性工作。

（2）计算机硬件环境配置不同，管理复杂度。

由于不同硬件环境的计算机的操作系统需要单独安装，而每台计算机又可能需要安装多操作系统，极易混淆，加上各应用程序版本不同及升级问题，使得系统本身的创建就带有诸如软件兼容与版本冲突等问题。

（3）病毒预防隔离困难。

目前各类病毒猖獗，且增长迅猛，仅靠计算机还原卡或还原软件预防病毒是不现实的。若使用还原卡与还原软件隔离病毒，还会带来操作系统和软件升级及硬盘死锁等问题。

2.辅助教学与软件应用方面

（1）软件增加和更新耗时，灵活性不够。

其一，有些课程需要使用某个特定软件，且时间紧迫，在以往的管理模式下很难实现，往往要求工作人员付出大量的劳动，还不一定能完全满足应用需求。其二，无纸化考试的出现使得考试需要特殊的软件环境和要求极高的稳定性与安全性，此类环境的构建往往要求严苛，对计算机房的软件增加与更新有严格的限制，几乎没有灵活性可言。

（2）个性化应用不足。

由于学生个体的差异特性，必然使其使用习惯与个人爱好有极大的差异，从而使其对系统的环境设置有不同的要求，虽然可以通过多用户设置满足其中部分要求但不能满足学生的个性化要求。

（3）多考试的环境的构建困难。

多考试环境之间有较大的差异，在传统管理模式中虽然可以通过多系统引导实现，但其风险较高，往往牵一发而动全身。例如国家计算机等级考试一级的考试环境要求为Win7与Office2010的组合，而高中信息技术学业水平的测试为WinXP与office2000的组合，这两者要在同一台计算机中实现大约只能依靠双系统，但考虑到考试的严苛与特殊性，往往还是考试环境定制与独占。

（4）系统出错无法回写。

庞大的软件应用数量使得软件冲突的潜在风险大幅上升，单软件独占系统则开销太大，软件冲突导致的系统出错是无法恢复与回写的。

（5）特殊教学实验无法实现。

有些教学与实验及其特殊，但又有其存在的意义与价值，需要演示与实验，在以往的管理模式中很难被实现。如局域网架构实验演示等，这在传统的机房管理中是难以实现的。

二、虚拟化技术引入机房管理的优势

1.最小化的硬件成本与资金投入

虚拟化能减轻采购更多硬件代理的经济负担。企业级的虚拟化应用也许需要购买相应的硬件、软件与解决方案，以及相应的人员配备与培训，但在中小学机房引入虚拟化技术，只需要安装相应的软件而已，进行合理的设置，几乎不需要资金投入。

2.系统环境的文件封装与便捷管理

（1）将原来庞大而繁杂的系统完全而私密的封装在单一文件中，从而将原来复杂的系统管理降级为相对简单的文件管理。

虚拟技术的引入，会产生相应的虚拟机，而虚拟机则将整个系统封装到一个或多个文件之中，此文件本身并不能被窥探，其中所存储的信息不能被随意读出与改写，从而保证其私密性。由于虚拟机文件的出现，使得原本对于系统的管理变更为面向文件的管理，从而使得管理更便捷。

（2）加快系统的恢复速度，有效减少平均故障恢复时间。

系统的重建与架构都是以小时为单位的，机房系统的配置与恢复大多是以天为单位，而文件的恢复与备份则是以秒为单位，大文件的同传基本可以在半小时内完成。因为虚拟技术的引进，将系统管理降级为文件管理，所以系统恢复时间也降级为文件恢复时间，从而加快系统恢复速度，有效减少平均故障恢复时间。

（3）可以提供容灾，在一台计算机硬件上可以容留多个系统，快速完成系统间的切换。

当系统完成文件封装之后，系统的备份则变为文件的备份与存储。多个文件的备份、容灾及与切换相较于系统的相应管理，都相对方便与容易，而且虚拟机还可以以关联的方式创建（即以一个虚拟机文件为基础，其他虚拟以此文件为基础且不改写在此文件的基础上创建），从而在更小的开销下提供多系统封装与切换。。

3.屏蔽底层硬件，拥有强大的环境适应性

虚拟机是有软件调用硬件资源模拟的计算机硬件环境形成的，所以此环境是独立于操作系统与硬件系统的，从而将虚拟机的系统的依存环境与底层硬件相隔离，使得虚拟机文件可以在任意安装相应虚拟机软件的机器上打开运行，甚至跨平台操作，拥有强大的适应性。

4.特殊教学内容的支持与实现

使用虚拟机，则可以展示机器的开机过程，实现主板设置的演示，也可在在一台物理计算机上模拟多台计算机，创建相应的网络，完成相关的网络教学与实验。

四、虚拟化的实现

虚拟化的实现有许多的方案，考虑到中小学机房的实际应用与资金限制，最理想最现实的方案是满足我们的需求且没有资金负担的方案。本着实事求是一切从实际出发的原则，我们选用VirtualBox软件，实现客户机操作系统/宿主机操作系统虚拟化方案（通过在一个现存的操作系统上安装第三方虚拟软件，并创建多个客户机操作系统来实现）。VirtualBox是德国一家软件公司InnoTek所开发的虚拟系统软件。VirtualBox特色丰富且性能优异，可免费使用。

通过在现有操作系统中安装VirtualBox软件，则可以完成宿主机的创建。运行VirtualBox软件后，可以通过向导与设置得到虚拟的客户机；对于虚拟客户机的操作与对于日常物理计算机的操作几乎一致，需要完成相应的系统创建与架构，创建完成之后即可正常使用，即完成客户机操作系统。